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多不确定信息的电网灵活规划模型及算法研究

作　者: 翟海保
导　师: 程浩忠
学　校: 上海交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 不确定信息电网灵活规划多种群并行蚁群算法模式记忆并行蚁群算法盲数电能资源充裕度多目标规划最小期望悔值多阶段规划
分类号: TM715
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

电网灵活规划包括两个方面的内容:1)建立合理的规划模型;2)针对规划模型给出高效的求解算法。本文从算法和模型两方面研究电网灵活规划。针对大规模电网灵活规划计算难以全局收敛的难点,提出采用蚁群算法及其改进算法进行求解;通过对规划方案经济性、可靠性和灵活性的综合考虑,提出计及电能资源充裕度的多目标电网规划模型;通过对多阶段电网规划问题变量维数多、计算量大这一特点的分析,给出基于最小期望悔值的多阶段电网规划模型。本文主要内容如下:在深入分析当前各种主要规划求解算法优缺点的基础上,结合电网规划特性,提出应用蚁群算法求解电网规划问题。针对蚁群算法在求解大规模优化问题时易产生未成熟收敛的缺点,提出多种群并行蚁群算法和基于模式记忆的并行蚁群算法加以改进。多种群并行蚁群算法通过多个蚁群之间的并行搜索,提高收敛速度,同时可减少参数设置和种群规模对算法收敛性的影响;而基于模式记忆的并行蚁群算法则进一步通过模式记忆进行解空间分解,从而将问题规模化整为零,并能有效地识别、记忆和跳出局部最优解,最大程度的减少重复搜索,提高计算效率。算例表明这两种改进算法具有良好的计算效率和优秀的全局收敛性。通过对电网规划中各种不确定信息的分析、归类与合并,结合盲数特性,给出直接影响电网规划的3类4种主要不确定信息(节点注入功率——包括负荷预测和发电出力、系统潮流、线路投资)的盲数建模方法,并通过判断矩阵分析法确定各盲数模型的可信度分布。以确定性可用输电能力(ATC)的直流灵敏度分析法为基础,提出盲数ATC的直流灵敏度算法,并给出盲数运算的简化处理方法。在此基础上,提出计及电能资源充裕度的多目标电网规划模型,给出盲信息的模糊评价方法,通过模糊综合评判法解决多个目标之间的不可公度性和矛盾性。该多目标规划模型以盲数ATC、盲数投资以及柔性“N-1”过负荷概率的综合最优为目标,实际算例分析证明该模型能有效考虑电能资源的充裕度,其规划方案具有良好的经济性、可靠性和适应性。通过分析多阶段电网规划问题的特点和求解难点,指出采用多场景电网规划方法处理多阶段电网规划更加合理。在给出常规多阶段电网规划的数学模型并采用模式记忆并行蚁群算法进行求解的基础上,提出了基于最小期望悔值的多场景规划模型。该模型以规划方案在未来各种可能场景下的投资期望悔值最小为目标,实际算例分析表明此模型可以合理处理多阶段电网规划中的不确定信息,有效降低计算规模,并能使规划方案具有最好的综合适应性。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-11
第一章绪论  11-25
  1.1 引言  11
  1.2 国内外研究现状  11-21
    1.2.1 规划模型  12-17
    1.2.2 规划求解方法  17-21
  1.3 本文研究背景及意义  21-23
    1.3.1 不确定信息不断增多  21-22
    1.3.2 电网规划复杂度不断增大  22
    1.3.3 电网安全问题日益严重  22-23
  1.4 本文主要工作  23-25
第二章蚁群算法在电网规划中的应用及改进  25-55
  2.1 引言  25-26
  2.2 ACA 简介  26-29
    2.2.1 ACA 基本原理  26-27
    2.2.2 ACA 寻优过程  27-29
  2.3 单阶段电网规划的数学模型  29-30
  2.4 单阶段电网规划的 ACA 算法  30-33
    2.4.1 一只人工蚂蚁搜索一个规划方案的过程  30-31
    2.4.2 应用 ACA 求解电网规划流程  31-33
  2.5 MPACA 在电网规划中的应用  33-37
    2.5.1 ACA 中存在的未成熟收敛问题  33
    2.5.2 ACA 的改进——MPACA  33-34
    2.5.3 应用 MPACA 求解单阶段电网规划流程  34-37
    2.5.4 MPACA 优点分析  37
  2.6 基于 SRPACA 的电网规划  37-44
    2.6.1 ACA 及其它现代启发式算法在全局寻优中存在的问题  37-39
    2.6.2 输电网规划问题解的模式  39
    2.6.3 解空间分解和局部最优的确认、记忆及禁忌  39-40
    2.6.4 局部细化搜索  40-41
    2.6.5 应用 SRPACA 求解电网规划问题流程  41-44
    2.6.6 SRPACA 优点分析  44
  2.7 算例分析  44-53
    2.7.1 18节点算例  44-46
    2.7.2 77 节点算例  46-53
  2.8 本章小结  53-55
第三章电网规划中多不确定信息的盲数处理  55-66
  3.1 引言  55-56
  3.2 未确知信息及未确知有理数  56-57
    3.2.1 未确知信息概念  56
    3.2.2 未确知有理数概念  56
    3.2.3 未确知有理数运算其性质  56-57
  3.3 盲数概念及其运算性质  57-58
    3.3.1 盲数概念  57
    3.3.2 盲数运算性质  57-58
  3.4 电网规划中多不确定信息的盲数处理  58-63
    3.4.1 盲数描述电网规划中不确定信息的必要性  58
    3.4.2 电网规划中多不确定信息的分析、归类与合并  58-59
    3.4.3 电网规划中多不确定信息的盲数处理  59-62
    3.4.4 盲数描述电网规划中不确定信息的优点  62-63
  3.5 多不确定信息盲数可信度分布的确定方法  63-65
  3.6 本章小结  65-66
第四章基于直流灵敏度分析法的盲数可用输电能力计算  66-86
  4.1 引言  66-67
  4.2 ATC 简介  67-69
    4.2.1 输电能力定义  67
    4.2.2 ATC 计算框架  67-68
    4.2.3 ATC 计算原则  68
    4.2.4 ATC 计算基本定理  68-69
  4.3 确定性ATC 计算的直流灵敏度分析法  69-71
  4.4 盲数ATC 计算的直流灵敏度分析法  71-77
    4.4.1 盲数 BM 模型简介  71-73
    4.4.2 盲数 ATC 计算的直流灵敏度分析法  73-75
    4.4.3 计算流程  75-76
    4.4.4 盲数运算简化处理技巧  76-77
  4.5 算例分析  77-85
    4.5.1 18 节点算例  77-80
    4.5.2 77 节点算例  80-85
  4.6 本章小结  85-86
第五章计及电能资源充裕度的多目标电网规划  86-107
  5.1 引言  86-87
  5.2 盲数的模糊评价  87
  5.3 电网规划多目标的模糊评价  87-94
    5.3.1 ATC 的模糊评价  87-90
    5.3.2 电网规划投资的模糊评价  90-92
    5.3.3 柔性“N-1”过负荷概率的模糊评价  92-94
  5.4 计及电能资源充裕度的多目标电网规划  94-95
    5.4.1 模糊综合评判简介  94-95
    5.4.2 计及电能资源充裕度的多目标电网规划模型  95
  5.5 解算方法  95
  5.6 算例分析  95-105
    5.6.1 不确定信息的盲数处理  96
    5.6.2 多目标权重系数的求取  96-97
    5.6.3 参数设置  97-98
    5.6.4 综合分析  98-104
    5.6.5 方案对比  104-105
  5.7 本章小结  105-107
第六章基于最小期望悔值的多阶段电网规划  107-124
  6.1 引言  107-108
  6.2 常规多阶段电网规划数学模型及算法  108-114
    6.2.1 常规MTNP 问题的数学模型  108-109
    6.2.2 基于SPRACA 的多阶段电网规划  109-110
    6.2.3 算例分析  110-114
  6.3 基于最小期望悔值的多阶段电网规划  114-122
    6.3.1 基于最小期望悔值的 MTNP  115-117
    6.3.2 算例分析  117-122
  6.4 本章小结  122-124
第七章总结与展望  124-127
  7.1 总结  124-125
  7.2 设想和展望  125-127
参考文献  127-137
攻读博士学位期间发表的学术论文  137-139
致谢  139

多不确定信息的电网灵活规划模型及算法研究

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